Контрольная работа: Гидрокомпенсаторы газораспределительного механизма

Введение

Одна из основных систем двигателя внут­реннего сгорания — газораспределительный механизм (ГРМ). Он отвечает за распреде­ление по цилиндрам бензино-воздушной смеси в бензиновых двигателях (или возду­ха — в дизельных) и за выпуск выхлопных газов. Клапанный механизм действует в чрезвы­чайно жестких условиях. Его детали испыты­вают высокие ударные и инерционные нагруз­ки, а также термические напряжения (клапа­ны работают при очень высокой температу­ре, причем нагрев их весьма неравномерен). Кромки тарелок клапанов и седла подверга­ются эрозии, а распределительные валы, тол­катели и направляющие втулки — действию трения. При этом все детали механизма дол­жны действовать четко и слаженно, ведь от правильности их работы зависят все харак­теристики двигателя, начиная с мощности и кончая составом выхлопных газов.

Во время прогрева двигателя детали газо­распределительного механизма нагреваются и их размеры увеличиваются. Чтобы при высокой температуре клапаны плотно зак­рывались, между элементами ГРМ необхо­димо оставлять небольшие тепловые (тер­мические) зазоры. Необходимо заметить, что впускные и выпускные клапаны нагреваются до раз­ной температуры (выпускные существенно горячее впускных), поэтому и зазоры на них могут быть разными. В двигателях большин­ства легковых автомобилей величина зазо­ра на впускных клапанах составляет 0,15— 0,25 мм, а на выпускных — 0,2—0,35 мм и даже больше.

Если тепловой зазор отрегулирован не­правильно, в зависимости от того, «в какую сторону» сделана ошибка, могут возникнуть разные технические неисправности.

В результате износа деталей автомо­бильного двигателя зазоры на клапанах газораспределительного механизма не­избежно увеличиваются, поэтому время от времени приходится их регулировать. Занятие это не слишком сложное, но тру­доемкое, требующее определенной ква­лификации и внимательности. Избежать частой регулировки клапанного механиз­ма и сделать его работу более мягкой по­могают гидрокомпенсаторы. В реферате рассказывается о том, как они устроены и ка­ких сюрпризов ждать, если установить гид­рокомпенсаторы на свой автомобиль.

2 Устройство гидрокомпенсаторов

Суть работы гидрокомпенсатора заключается в автоматическом изменении своей длины на величину, равную тепловому зазору клапанов. Детали компенсатора перемещаются одна относительно другой, во-первых, под действием встроенной в него пружины, во-вторых, за счёт подачи масла под давлением из системы смазки двигателя.

Обычный гидрокомпенсатор представляв собой корпус, внутри которого установлена подвижная плунжерная пара, состоящая в свою очередь из втулки и подпружиненного плунжера с шариковым клапаном (см. рису­нок 1).

Плунжерная пара — самая ответственная часть гидрокомпенсатора. Зазор между втулкой и плунжером составляет всего 5—8 микрон. Благодаря этому, с одной стороны, детали более или менее свободно перемещаются относительно друг друга, с другой — сохраняется герметичность соединения. В нижней части плунжера есть отверстие, которое закрывается обратным шариковым клапаном. Меж­ду втулкой и плунжером установлена доста­точно жесткая пружина.

Когда кулачок распределительного вала располагается тыльной стороной к толкате­лю, между корпусом и распределительным валом остается тепловой зазор. Масло поступает в плунжер через масляный канал из системы смазки (а). Одновременно с этим плунжер под действием пружины поднимается и компенсирует зазор, а в полость под плунже­ром через шариковый клапан из системы смазки двигателя также попадает масло. По мере того как вал поворачивается, кулачок перестаёт давить на толкатель и перемещает его вниз (б). Обратный шариковый клапан в этот момент закрывается, и плунжерная пара начинает работать как жесткий элемент (масло можно считать несжимаемой жидкостью), предавая усилие на клапан (в). Небольшая часть масла все же выдавливается из-под плунжера через зазор между ним и втулкой. Утечка компенсируется поступлением масла из системы смазки. Из-за нагревания деталей во время работы двигателя происходит некоторое изменение длины гидрокомпенсатора, но система сама автоматически компенсирует зазор, изменяя объем дополнительной порции масла.

а) б) в)

Рисунок 1-Работа гидрокомпенсатора теплового зазо­ра клапанов газораспределительного меха­низма: 1 — распределительный вал с кулач­ками; 2 — корпус; 3 — плунжер; 4 — втулка плунжера; 5 — шариковый клапан; 6 — пру­жина плунжера; 7 — обратный шток клапа­на; 8 — масляный канал системы смазки дви­гателя; 9 — полость под плунжером; 10 — тепловой зазор.

1 Анализ существующих конструкций

Корпусом гидрокомпенсатора может служить цилиндричес­кий толкатель (такая конструкция применяется на двигателях ВАЗ-2108), часть головки блока цилиндров (ВАЗ-2101-ВАЗ-2106). На двигатели УМЗ 331.10 иногда ставят гидрокомпенсаторы, корпусом которых служат элементы рычагов привода клапанов.

На кон­вейер ЗМЗ некогда поставля­ли немецкие толкате­ли INAF-46580.21. Их основной недостаток — высокая цена; изделия выпускали, чуть ли не специально для ЗМЗ. Кроме того, есть и технический недочет. Под действием силы тяжести масло из такого толкателя при выклю­ченном моторе вытекает… Следствие — сухое трение при очередном пуске мотора, продолжающееся до тех пор, пока давление в системе не вырастет до номинала и масло вновь не посту­пит внутрь. Аналогичную конструк­цию имеют пермские толкатели ГТ-35, отличающиеся от прототипа не в лучшую сторону по качеству изготов­ления, хотя их рыноч­ная цена практически одинакова.

Гидрокомпенсаторы INAF-465924 — с конца 2000 года их по­ставляют на завод ЗМЗ — имеют специальную воронку М-образной формы в разрезе. Это гарантирует сохранение определенного объема масла даже по­сле остановки двигателя. Кстати, такие толкатели на грамм легче предыду­щих. Еще одно отличие INAF-46592.4-воронка не приваривается к корпусу, а зачеканивается — разработчики счи­тают, что это не менее надежно, но бо­лее технологично.

Решающее значение при установке гидрокомпенсаторов имеют не габаритные разме­ры, а внутренняя конструкция элемен­тов, которая определяет так называе­мое время просадки компенсатора, ха­рактеризующее подвижность его эле­ментов.

Для заволжских моторов подойдет компенсатор «Ахуса» (AJUSА) под но­мером 85000500 — другие не годятся. Его внешний отличитель­ный признак – маслопроводное отверстие, расположенное под острым углом к цилиндрической поверхности компенса­тора — у пермских и немецких изделий этот угол был прямым. Кроме того, около этого отверстия у «Ахусы» пред­усмотрена полукруглая канавка: по мнению разработчиков, она обеспечи­вает эффективный смыв грязи, предот­вращая ее попадание внутрь изделия.

3 Причины неисправности и ремонт гидрокомпенсаторов

Гидрокомпенсаторы, которым положено компенсировать зазор, со своей ролью порой не справляется: привод работает со стуком, тарелки клапанов резко «шлёпают» по сёдлам.

Гидрокомпенсаторы, действительно, существенно упрощают обслуживание двигателя, но с ними надо более внимательно подходить к выбо­ру масла и масляного фильтра. Дело в том, что больше всего гидрокомпенсаторы «бо­ятся» увеличения зазоров в плунжерной паре. Когда зазор увеличивается, происхо­дит утечка масла из-под плунжера, пара становится «не жесткой» и компенсатор просто не успевает срабатывать. Гидрокомпенсатор начинает стучать во время работы двигателя. Примерно то же самое происходит и при неисправности кла­пана, только масло вытекает не через за­зор между плунжером и втулкой, а через клапан. Стук может быть вызван также засорением масляных отверстий.

Иногда плунжерную пару заклинивает. В зависимости от того, в каком положении зак­линило детали, либо в клапанном механиз­ме образуется слишком большой зазор (возникают ударные нагрузки, сопровожда­ющиеся резким стуком и повышенным изно­сом деталей), либо клапаны оказываются «зажатыми» (возрастает нагрузка на распре­делительный вал, повышается износ дета­лей, резко падает мощность, появляются хлопки в системе впуска и «стрельба» в вых­лопном тракте).

Однако неисправность может быть вызвана и дефектом производства. Эта «болезнь» долго сопровождала гидрокомпенсаторы ОАО «Инкар» (Пермь). Её обследовали в заводской лаборатории и вынесли вердикт: во всём виновата грязь, проникшая внутрь толкателя с маслом. Из пяти обследуемых гидрокомпенсаторов у четырёх она налипла детали плунжерной пары (корпус и поршень) и лишила их под­вижности: детали прецизионные, зазор между ними всего несколько микроме­тров, и если сюда попадает что-то ино­родное — гидрокомпенсатор заклинива­ет. На пятом узле грязь под шариком обратного клапана не давала ему за­крыться: масло уходило назад в корпус толкателя, поршень очень легко пере­мещался в корпусе.

Причина неисправностей ясна, одна­ко возникает резонный вопрос: откуда грязь? Исследованные толкатели роди­лись в 2000 году, когда на предпри­ятии еще работало устаревшее обору­дование. Пуще других от технологиче­ского несовершенства страдала плун­жерная пара: для окончательной довод­ки прецизионных деталей применяли абразивную пасту. После промывки ее остатки вместе с частичками снятого металла все равно оставались на по­верхности, и грязные элементы попада­ли на сборку. В конце 2000 года пермя­ки закупили импортное автоматиче­ское оборудование. Притирку сменила шлифовка, промывка стала тщатель­нее. Тогда же изменили технологию термообработки плунжерной пары и корпуса. Нововведения не прошли даром – нареканий стало меньше.

К 2003 году «Инкар» провёл глубокую модернизацию своих гидрокомпенсаторов. Была существенно изменена «начинка». Изменили плунжер клапана — подкорректировали конструкцию пружины, колпачки и сёдла; шарик обрабатывают теперь по более высокому классу точности.

Наряду с конструкцией толкателей усовершенствовали технологию их производства и контроля. Прецизионные (с зазором 4-7 микрон) детали гидрокомпенсатора подбирают электронные приборы в помещении со стабильным микроклиматом. За химико-термической обработкой следят компьютеры, сваривают детали газовые лазеры, а все финишные операции идут на оборудовании, которое контролирует размеры непосредственно при обработке.

На «Инкаре» освоили иную технологию заливки масла в толкатель — сейчас в корпусе ос­тается воздух, а часть жидкости вылива­ется при транспортировке. По-новому узел будут заполнять полностью более густой смазкой. При первом пуске дви­гателя гидрокомпенсатор обойдется своими запасами — грязное масло из двигателя ему не понадобится. Кстати, немецкая фирма INA, чьи толкатели часто и не без оснований ставят в при­мер «Инкару», поступает именно так.

Пермские специалисты работают еще и над конструкцией узла, чтобы сделать его надежнее. Скоро на свет появится следующее поколение гидрокомпенсаторов. От нынешних они отличаются конструкцией масляного резервуара (рисунок 2). U-образная форма стенки уступило место иной, повторяющей очертание буквы М (конструкция позаимствована у гидрокомпенсаторов INAF-46592.4, о которых упоминалось выше). Модернизация позволит увеличить число так называемых безопасных попыток пуска до тридцати: пока двигатель проворачивает стартер, давление в масляной системе низкое и толкатель работает на износ. Новая конструкция обеспечивает лучшую смазку деталей гидрокомпенсатора (попросту — не даёт маслу вытечь из резервуара).

Если гидрокомпенсатор всё же начал стучать, неисправности в некоторых случаях можно устранить самостоятельно.

Для этого снимаем распределительные валы. Извлекаем гидротолкатель и плунжерную пару из него. Вынимаем плунжер и разбираем его. В случае если засорены масляные каналы, удаляем отложения с внутренних поверхностей и из отверстия стакана и промываем его растворителем. Деревянной палочкой удаляем смолистые отложения с седла клапана-шарика.

Собираем пару в обратном порядке и приступаем к её проверке. Заправляем, погрузив в емкость с маслом и там несколько раз сжав и разжав. Воздух должен выйти весь без остатка. Лишнее масло удаляем и сжимаем пару пассатижами. Если состояние рабочих поверхностей пары хорошее, то масло между ними не будет просачиваться. Пара ощущается как жесткое тело. Если при этом масло просачивается из-под клапана-шарика, пару снова разбираем, чтобы попытаться осадить шарик. Часто это удаётся.

Если у пары масло выдавливается через зазоры между стенками (пара изношена), её не ремонтируют – дешевле купить новый гидротолкатель.

Убедившись в исправности плунжерной пары, извлекаем плунжер и сливаем масло. Собираем гидротолкатель и ставим на место.

Рисунок 2- Нынешняя ( слева ) и перспективная конструкции гидрокомпенсаторов ОАО «Инкар»: 1 – корпус гидротолкателя; 2 – корпус компенсатора; 3 – поршень гидрокомпенсатора; 4-обратный клапан; 5 – направляющая; 6 – пружина компенсатора. А – масляный резервуар; Б – полость компенсатора.

Заключение

Вопреки распространенному мнению, что даже самое простое дополнительное устрой­ство неизбежно снижает надежность любого прибора, гидрокомпенсаторы гарантируют бо­лее стабильную работу газораспределитель­ного механизма. Владельцам ав­томобилей стоит подумать об их приобрете­нии. Гидрокомпенсаторы есть каждом авто-магазине, а с их установкой справятся на лю­бой станции техобслуживания. По сипам эта работа и тем, кто берется сам ремонтировать свою машину.

Безусловно, грязь, из-за которой, в основном, происходят все беды гидрокомпенсаторов, встречается в гидротолкателях. Но никому нельзя подходить к современному двигателю со старыми мерками. В первую очередь необходимо ис­пользовать высококачественное масло – по классификации API не ниже уровня SG. Следить за процессом производства и своевременно устранять все недочёты.

И стоит что-то еще пере­нять от INA, с которой, кстати, все и начиналось — ведь немецкие толкатели в тех же условиях работают лучше.

В заключение — маленькая и неправ­доподобная справка. Ресурс нормаль­ного компенсатора в нормальных же условиях работы составляет примерно 160000км...

Списокиспользованныхисточников

Журналы: «За рулём» 2001/4(206-207)-Меняем гидротолкатели (двигатель ЗМЗ-4062), текст Р. Солдатов;

«За рулём» 2001/5(160)-Отчего стучат? (клапанный механизм моторов ЗМЗ), текст М. Сачков;

«За рулём» 2001/12(192)-Гидротолкатели без стука (двигатель ЗМЗ-4062), текст В. Арбузов;

«За рулём» 2002/9(219-221)-Безударная работа (меняем гидрокомпенсаторы впрыскового двигателя «Нивы» ВАЗ-21214), текст Г. Емелькин;

«За рулём» 2002/10(128)-Не толкайся! (гидротолкатели для заволжских моторов), текст М. Колодочкин;

«За рулём» 2003/4(191)-Вторая жизнь пермских толкателей, текст М. Сачков;

«За рулём» 2003/6(142-143)-Десять лет спустя (двигатель ЗМЗ-406), текст А. Чуйкин;

«Наука и жизнь» 2002/8(80-81)-Зачем нужны гидрокомпенсаторы, текст ктн Д. Зыков.

Содержание

Введение 3

1 Анализ существующих конструкций 4

2 Устройство гидрокомпенсаторов 5

3 Причины неисправности и ремонт гидрокомпенсаторов 7

Заключение 10

Списокиспользованныхисточников 11